模拟退火算法原理与应用

作者:禅与计算机程序设计艺术

1.简介

模拟退火算法(Simulated Annealing)是一种优化算法,它利用温度参数来控制搜索方向的变化,使算法不仅在全局上快速收敛,而且还具有一定的局部优势,即当算法搜索到局部最优时,仍然能逃离陷阱并找到全局最优。该算法由Wales等人于1983年提出,是一个十分有效的近似算法,并且易于实现。

在实际运用中,模拟退火算法可以替代贪心算法、Hill Climbing算法等传统启发式算法,在某些特殊情况下可以得到比其他算法更优的结果。同时,模拟退热算法也被用于研究物理系统的性质,如金属裂变反应中的作用,以及许多复杂系统的求解。

本文首先会对模拟退火算法的基本概念和应用进行介绍。然后,将详细讨论该算法的原理和基本操作流程。最后,通过一些实例来演示如何使用模拟退火算法解决问题。

2.基本概念术语

2.1.算法描述

模拟退火算法(Simulated Annealing)是一种基于概率统计的数值计算方法,用于寻找最优解。它的主要特点是从一个初态开始,按照一定的概率接受新解,而另一部分新的解可能只得到很低的评估值。随着算法不断迭代,最终进入一个平衡状态,其期望价值与最优解相同。

设函数$f(x)$表示目标函数,$T$表示温度参数,$\Delta E(x)$表示从当前状态$x$到下一状态$y$的准则函数,它是指从当前位置$x$移动到目标位置$y$所需要的能量或距离,用$\Delta E(x)>0$表示从$x$到$y$较好;当前位置$x$与目标位置$y$之间的差距称为$d(x,y)$。则模拟退火算法的主要思路如下࿱

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